CN110634714A - 用于真空断路器的故障预测装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种被构造成监测断路器组件部件(28)特性的部件监测系统(200)。部件监测系统(200)包括记录组件(210)、若干脉冲传感器组件(420)、比较组件(230)以及输出组件(240)。记录组件(210)包括所选断路器部件(28)的所选标称数据。脉冲传感器组件(420)被构造成测量断路器组件(10)的主要部分的若干实际部件特性，并且发送实际部件特性输出数据。比较组件(230)被构造成从记录组件(210)和脉冲传感器组件(420)接收电子信号，将每个脉冲传感器组件(420)实际部件特性输出数据与所选标称数据比较，并且提供作为当与所选标称数据比较时脉冲传感器组件输出数据是否可接受的指示信号。输出组件(240)包括通信组件(260)和输出装置(242)。

Description

用于真空断路器的故障预测装置和方法

本申请是申请日为2016年08月12日、申请号为201610663252.1、发明名称为“用于真空断路器的故障预测装置和方法”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是全部都在2015年8月13日提交的，题为“监测CIRCUIT BREAKEROPERATING MECHANISM COMPONENT MONITORING SYSTEM AND ASSOCIATED METHOD”的美国专利申请No.14/825,207；题为“VIBRATION SENSOR ASSEMBLY FOR PROGNOSTIC ANDDIAGNOSTIC HEALTH ASSESSMENT OF A POWER CIRCUIT BREAKER’S POWER TRANSMISSIONAND DISTRIBUTION SYSTEM IN REAL TIME”的美国专利申请No.14/825,219；题为“COMPONENT MONITORING SYSTEM WITH MONITORY LATCH ASSEMBLY监测监测”的美国专利申请No.14/825,232；以及题为“ELECTROMECHANICAL DEVICE FOR PROGNOSTIC ANDDIAGNOSTIC HEALTH ASSESSMENT OF A POWER CIRCUIT BREAKER’S POWER TRANSMISSIONAND DISTRIBUTION SYSTEM IN REAL TIME”的美国专利申请No.14/825,243的连续部分。

技术领域

所公开和要求的概念涉及具有部件监测系统的断路器和开关齿轮组件，以及更具体地涉及具有包括脉冲传感器组件的模块化部件监测系统的断路器组件。

背景技术

断路器组件为电气系统提供免于诸如电流过载、短路和低电平电压状况的电故障状况的保护。通常，断路器包括跳闸装置和操作机构。跳闸装置检测过电流状况，并致动操作机构。操作机构手动或响应于跳闸装置打开和闭合若干电触点。这些跳闸装置和保护继电器与断路器一起容纳在开关齿轮单元内。在示例性实施例中，操作机构利用若干弹簧来产生用于打开和闭合操作的力。进一步，将弹簧保持处于储能状态，以使得例如，紧随过电流状况，触点可以闭合而不必对弹簧储能。

断路器组件的部件(诸如但不限于操作机构的部件)随着时间的推移受到磨损和毁坏。由于断路器的操作机构和其它子组件的磨损和毁坏，诸如但不限于保护继电器、跳闸单元等的其它辅助装置的信号输出同样受到影响。当操作机构部件变得磨损时，在其服务期间发生将导致停电和增加的计划外停机的故障之前更换应更换操作机构部件。可期望的是抢先更换操作机构部件，而不是等待操作机构部件被磨损到需要更换的地步。维护的焦点已经从计划改为预防性维护。然而，需要进一步的提高以将它改变为以可靠性为中心的维护(RCM)，其中先验预测具有其故障模式的部件故障，并且以适当的时间预先布置维护。也就是说，可期望的是连续监测断路器和开关齿轮子组件、操作机构部件的“健康”，并且诊断操作机构部件何时将需要更换。

因此，需要被构造成监测断路器组件操作机构部件特性以及其它部件(诸如但不限于开关齿轮、动力分配和传输系统部件)的部件监测系统和预测性方法。进一步，需要可在断路器之间移动的模块化、便携式、“即插即用”类型和可改造(retrofitable)部件监测系统。

发明内容

这些需求和其它需求由提供被构造成监测断路器组件子组件和其部件特性的部件监测系统的所公开和要求的实施例中的至少一个实施例满足。下面，说明书将使用操作机构部件作为示例。然而应当理解，部件监测系统被构造成监测任何断路器组件子组件和它们的部件特性，并且不限于监测操作机构部件。部件监测系统包括记录组件、若干传感器组件、比较组件以及输出组件。记录组件包括用于所选断路器部件、若干断路器部件、基本上全部断路器组件、或全部断路器组件中的所选标称(nominal)数据。传感器组件被构造成测量所选断路器部件、若干断路器组件、基本上全部断路器组件、或全部断路器组件中的若干实际部件特性并且发送实际部件特性输出数据。比较组件被构造成从记录组件和传感器组件接收电子信号，将传感器组件实际部件特性输出数据与所选标称数据或故障预测性算法比较，该故障预测性算法采用一些形式的统计方法(诸如但不限于并行格式)或串行监测格式分析原始传感器数据，并且提供当其与所选标称数据比较时传感器组件输出数据是否可接受的指示。输出组件包括通信组件和输出装置。通信组件被构造成从比较组件接收指示信号，并且向输出装置通信信号。每个传感器组件与比较组件电子通信。比较组件与通信组件电子通信。在示例性实施例中，若干传感器组件包括如下面定义的若干脉冲传感器。若干传感器组件被构造成测量实际部件特性，即操作机构部件(诸如但不限于调节杆)的应力或力以及位移。

附图说明

当结合附图阅读时，可以从优选实施例的以下描述得到本发明的完整理解，在附图中：

图1是断路器组件的等距视图。

图2是断路器组件的侧视图。

图2A是断路器组件的侧视图。

图3是部件监测系统的示意图。

图4是具有所选部件特性的所选操作机构部件的局部侧视图。

图5是示出电流的包络线和储能时间的图。

图6是示出储能过程的所选标称时间周期的图。

图7是示出标称和故障模式特性的图。

图8是所公开方法的流程图。

图9是监测闩锁组件的等距视图。

图10是监测闩锁组件的侧视图。

图11是监测闩锁组件的顶视图。

图12是示出在可移动触点组件的打开速度和接触弹簧力之间关系的图。

图13是示出在闩锁力和接触弹簧力之间关系的图。

图14A是与应力传感器模块、控制电路监测模块、打开/闭合评估模块和储能电动机监测模块相关联的方法的流程图的第一部分。

图14B是与应力传感器模块、控制电路监测模块、打开/闭合评估模块和储能电动机监测模块相关联的方法的流程图的第二部分。

图15是示出针对基于振动的诊断和预测的步骤的流程图。

图16是示出针对信号分段的步骤的流程图。

图17是针对在闭合操作期间与杰作(masterpiece)断路器相关联的振动的示例性模型所选标称数据的图。

图18A是针对第一传感器的第一和第二传感器组件的计算部件特性与模型所选标称数据的比较的视觉表示。

图18B是针对第二传感器的第一和第二传感器组件的计算部件特性与模型所选标称数据的比较的视觉表示。

图19是计算部件特性与模型所选标称数据的比较的另一视觉表示。

图20是从振动数据来估计位移曲线的模型。

图21是具有表示估计位移的线的示例性模型所选标称振动数据的图。

图22是表示闭合位移特性的图。

图23是用于示出理论应力/力数据的脉冲传感器组件的示例性模型所选标称数据的图。

图24是用于在闭合操作期间脉冲传感器组件的示例性实际或计算的数据的图。

图25是用于在打开操作期间脉冲传感器组件的示例性实际或计算的数据的图。

具体实施方式

应当认识到，本文中在附图中所示并且在以下说明中描述的特定元件只是所公开概念的示例性实施例，其仅仅是为了说明目的而作为非限制性示例而提供的。因此，不应认为与本文所公开的实施例相关的具体尺寸、取向、组件、使用部件数量、实施例配置和其它物理特性限制所公开概念的范围。

在此所使用的方向术语，诸如例如，顺时针、逆时针、左、右、顶部、底部、向上、向下及其衍生词涉及在附图中所示的元件取向，并且除非在其中明确记述外并不限制权利要求。

如在此所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确说明。

如在此所使用的，两个或多个部分或部件被“耦接”的表述是指，该部分直接或间接地(即通过一个或多个中间部分或部件)一起结合或操作，只要连接发生。如在此所使用的，“直接耦接”是指两个元件彼此直接接触。应该注意的是，诸如但不限于断路器触点的移动部件在其处于例如闭合的第二位置的一个位置时“直接耦接”，但在其处于打开的第一位置时不“直接耦接”。如在此所使用的，“固定耦接”或者“固定”是指两个部件耦接，以便作为一体移动，同时保持彼此相对的恒定取向。因此，当两个元件耦接时，这些元件的所有部分耦接。然而，第一元件的特定部分被耦接到第二元件(例如，轴第一端被耦接到第一轮)的描述是指设置第一元件的特定部分比它的其它部分更靠近第二元件。

如在此所使用的，短语“可移除地耦接”是指一个部件与另一个部件以基本上临时的方式耦接。也就是说，两个部件以如下方式耦接，即部件的结合或分离是容易的，且不损坏部件。例如，两个采用有限数量的易于接触的紧固件而彼此固定的部件被“可移除地耦接”，而两个由难以接近的紧固件焊接或结合在一起的部件被不“可移除地耦接”。“难以接近的紧固件”是在接近紧固件之前需要移除一个或多个其它部件的紧固件，其中“其它部件”不是接近装置，诸如但不限于门。

如在此所使用的，“操作性地耦接”是指若干元件或组件(其每一个可在第一位置和第二位置，或第一配置和第二配置之间移动)被耦接，以使得随着第一元件从一个位置/配置移动到另一个位置/配置，第二元件也在位置/配置之间移动。值得注意的是，第一元件可以“操作性地耦接”到另一个元件，而无需相反为真。

如在此所使用的，元件或组件的“特性”包括但不限于，元件或组件的位置、由一个或多个元件或组件移动的距离、在一个或多个元件或组件内或在其之间生成的力，或在一个或多个元件或组件内的应力。可测量特性运动可以是线性的、有角的(在二维或三维参考中)，并且可转换为具有适当校准(工厂或现场设定)的另一种类型的运动。特性可以被转换成另一种形式(例如，但不限于电能、机电能量/力、磁、热等)。

如在此所使用的，“耦接组件”包括两个或更多个耦接件或耦接部件。耦接件或耦接组件的部件通常不是同一元件的部分或另一部件。同样，“耦接组件”的部件可能不在以下描述中同时描述。

如在此所使用的，“耦接件”或“耦接部件”是耦接组件的一个或多个部件。也就是说，耦接组件包括至少两个被构造成耦接在一起的部件。可以理解的是，耦接组件的部件彼此可兼容。例如，在耦接组件中，如果一个耦接部件是按扣座(snap socket)，则另一个耦接部件是按扣塞(snap plug)，或者如果一个耦接部件是螺栓，则另一个耦接部件是螺母。

如在此所使用的，“紧固件”是被构造成耦接两个或更多个元件的独立部件。因此，例如，螺栓是“紧固件”，但舌榫(tongue-and-groove)耦接件不是“紧固件”。也就是说，舌榫元件是被耦接的元件的一部分，并且不是独立的部件。

如在此所使用的，“对应”指示将两个结构部件的大小和形状设定为彼此相似，并且可以采用最小的摩擦量来耦接。因此，将“对应”于构件的开口的大小设定稍微大于该部件，以使得构件可采用最小的摩擦量穿过开口。如果两个部件将适应“紧贴”在一起，则修改该限定。在该情况下，在部件的大小之间的差甚至更小，由此摩擦量增加。如果限定开口的元件和/或插入到开口中的部件由可变形的或可压缩的材料制成，则开口甚至可稍微小于被插入到开口中的部件。关于表面、形状和线，两个或更多个“对应的”表面、形状或线通常具有相同的大小、形状和轮廓。

如在此所使用的，“计算机”是被构造成处理数据的装置，其具有至少一个输入装置(例如键盘、鼠标或触摸屏)、至少一个输出装置(例如显示器、图形卡)、通信装置(例如以太网卡或无线通信装置)、永久存储器(例如硬盘驱动器)、暂态存储器(即随机存取存储器)，以及处理器(例如可编程逻辑电路)。“计算机”可以是传统的台式单元，但同样也包括蜂窝式电话、平板计算机、笔记本计算机，以及其它装置，诸如已适于包括诸如但不限于上述识别的那些装置的游戏装置。进一步，“计算机”可包括物理上位于不同位置的部件。例如，台式单元可以利用用于存储的远程硬盘驱动器。如在此所使用的，这种物理上独立的元件是“计算机”。

如在此所使用的，词语“显示器”是指被构造成呈现可视图像的装置。此外，如在此所使用的，“呈现”是指在显示器上产生可由用户看到的图像。

如在此所使用的，“计算机可读介质”包括但不限于硬盘、CD、DVD、磁带、软盘驱动器，以及随机存取存储器。

如在此所使用的，“永久存储器”是指计算机可读存储介质，并且更具体地，是被构造成以非暂态方式记录信息的计算机可读存储介质。因此，“永久存储器”限于非暂态有形介质。

如在此所使用的，“存储在永久存储器中”是指可执行代码或其它数据的模块已变成在功能上和结构上被集成到存储介质中。

如在此所使用的，“文件”是用于包含被处理的可执行代码的电子存储构建体(construct)，或可以被表示为文本、图像、音频、视频或其任何组合的数据。

如在此所使用的，“模块”是由计算机或其它处理组件使用的电子构建体，并且包括但不限于，计算机文件或相互作用的计算机文件组，诸如由处理器使用并且存储在计算机可读介质上的可执行代码文件和数据存储文件。模块同样可以包括若干其它模块。可以理解，模块可以通过它们的功能目的来识别。除非另有说明，每个“模块”被存储在至少一个计算机或处理组件的永久存储器中。所有模块在图中示意性示出。

如在此所使用的，并且在短语“对应于[Y]第一和第二位置，[X]在第一位置和第二位置之间移动”中，其中“[X]”和“[Y]”是元件或组件，词语“对应”是指当元件[X]处于第一位置时，元件[y]处于第一位置，并且当元件[X]处于第二位置时，元件[y]处于第二位置。应该注意的是，“对应”涉及最终位置，并不意味着元件必须以相同的速率移动或同时移动。也就是说，例如轮毂罩(hubcap)和其附接到的车轮以对应的方式旋转。相反，弹簧偏置闩锁构件和解锁件(latch release)以不同的速率移动。也就是说，作为示例，解锁件在第一位置(其中闩锁构件不被释放)和第二位置(其中闩锁构件被释放)之间移动。弹簧偏置闩锁构件在第一闩锁位置和第二释放位置之间移动。解锁件可以在位置之间缓慢移动，并且直至解锁件处于第二位置前，闩锁构件保持在第一位置。但是，一旦解锁件到达第二位置，闩锁构件被释放并迅速移动到第二位置。因此，如上所述，“对应”位置是指元件同时处于所识别的第一位置，以及同时处于所识别的第二位置。

如在此所使用的，两个或更多个部分或部件彼此“接合”的表述是指元件直接或通过一个或多个中间元件或部件来彼此施加力或偏置。进一步，如在此所使用的，关于移动部分，移动部分可以在从一个位置到另一个位置的运动期间“接合”另一个元件，和/或一旦移动部分处于所述位置时其可“接合”另一个元件。因此，可以理解的是，表述“当元件A移动到元件A的第一位置时，元件A接合元件B”和“当元件A处于元件A的第一位置时，元件A接合元件B”是等价的表述，并且意为元件A在移动到元件A的第一位置的同时接合元件B，和/或元件A在处于元件A的第一位置的同时接合元件B。

如在此所使用的，“操作性地接合”是指“接合和移动”。也就是说，当相关于被构造成移动可移动或可旋转的第二部件的第一部件来使用时，“操作性地接合”是指第一部件施加足以使第二部件移动的力。例如，螺丝刀可以被放置成与螺钉接触。当不对螺丝刀施加力时，螺丝刀仅仅“被耦接”到螺钉。如果对螺丝刀施加轴向力，则螺丝刀压靠螺钉并且“接合”螺钉。然而，当对螺丝刀施加旋转力时，螺丝刀“操作性地接合”螺钉并使螺钉旋转。

如在此所使用的，词语“单一”是指作为单个件或单元创建的部件。也就是说，包括分别被创建并且然后作为单元被耦接在一起的部件不是“单一”部件或主件。

如在此所使用的，术语“数量”是指一或大于一的整数(即，多个)。

如在此所使用的，“相关联”是指元件是同一组件的部分和/或一起操作，或以一些方式作用于其上/彼此作用。例如，汽车具有四个轮胎和四个轮毂盖。当所有元件作为汽车的部分被耦接时，可以理解，每个轮毂盖与特定轮胎“相关联”。

如在此所使用的，在短语“[X]在其第一位置和第二位置之间移动”或“[y]被构造成使[X]在其第一位置和第二位置之间移动”中，“[X]”是元件或组件的名称。此外，当[X]是在若干位置之间移动的元件或组件时，代词“其”是指“[X]”，即在名词“其”之前的指定元件或组件。

如在此所使用的，“电子通信(electronic communication)”用于关于经由电磁波或信号来通信信号。“电子通信”包括通信的硬线和无线形式；因此，例如，经由与另一部件“电子通信”的部件的“数据传送”或“通信方法”是指将数据通过诸如USB、以太网连接的物理连接或诸如NFC、蓝牙等远程地从一台计算机传送到另一台计算机(或从一个处理组件到另一个处理组件)，并不应该限于任何特定的装置。

如在此所使用的，“电通信(electric communication)”是指电流在识别元件之间通过或可通过。“电通信”进一步取决于元件的位置或配置。例如，在断路器中，当触点处于闭合位置时，可移动触点与固定触点“电通信”。当触点处于打开位置时，该可移动触点不与固定触点“电通信”。

如在此使用的，“电压突变”是指应力传感器输出信号(其通常是电压信号)非常快地增大，如本领域中已知的。

在图1和图2中，部分地示意性示出了断路器组件10。断路器组件10包括壳体组件12、导体组件14、操作机构16和跳闸组件18(示意性示出一些元件)。导体组件14包括下面讨论的若干导电构件，其与未示出的线路和负载电通信。在示例性实施例中，任何“导电”元件由诸如但不限于铜、铝、金、银或铂的导电金属制成。导体组件14包括在真空室17中设置的可移动触点组件20和固定触点组件22。操作机构16被操作性地耦接到可移动触点组件20，并且被构造成在打开的第一位置和闭合的第二位置之间移动可移动触点组件20，其中在该第一位置中可移动触点组件20有效地从固定触点组件22分隔开，而在该第二位置中可移动触点组件20与固定触点组件22电通信。

在示例性实施例中，如在图1中所示，可移动触点组件20包括可移动触点构件23、导电构件24、张力柱(tension pole)组件25，以及调节杆26(一些元件被示意性示出)。在示例性实施例中，张力柱组件25包括壳体组件82和可移动元件84。张力柱组件壳体组件82被耦接、直接耦接或固定到断路器组件壳体组件12。在示例性实施例中，张力柱组件壳体组件82被固定到断路器组件壳体组件12，并且因此是静态的。张力柱组件可移动元件84被设置在调节杆26和可移动触点组件导电构件24之间，并且被耦接、直接耦接或固定到调节杆26和可移动触点组件导电构件24。张力柱组件可移动元件84连同可移动触点构件23在第一和第二位置之间移动，如下所述。在下面详述的实施例中，调节杆26包括具有非导电体27的脉冲传感器组件420，该非导电体27具有上部31和下部33。

操作机构16包括若干部件28，该若干部件28中的每一个具有若干特性。在示例性实施例中，操作机构部件28包括但不限于储能电动机组件30、若干凸轮(cam)构件32、、限制块35(被示意性示出)。如图所示，限制块35被构造成限制操作机构16的所选部件的运动范围。

若干弹簧34、若干凸轮从动件36、若干轴38、若干连杆构件(link member)40、若干D轴42，以及若干闩锁构件44。应当理解，图2是示出有限数量的操作机构部件28的示意图。例如，如已知的，且在示例性实施例中，断路器组件10包括若干极，诸如但不限于三极。进一步，存在与每极相关联的可移动触点组件20和固定触点组件22。进一步，应当理解，每个可移动触点组件20被耦接到下面讨论的接触弹簧94(示意性示出)。应当理解，接触弹簧94可被设置在壳体组件内，该壳体组件被设置在可移动触点组件20附近。一般地，操作机构16通过若干配置移动，该配置例如打开、闭合、跳闸(触点组件20打开，并且闭合的弹簧释放能量且随后储能)和复位，然而出于该公开的目的，操作机构16应被识别为处于打开的第一配置或闭合的第二配置；操作机构16配置对应于可移动触点组件20的位置。也就是说，当可移动触点组件20处于第一位置时，操作机构16处于第一配置，以及当可移动触点组件20处于第二位置时，操作机构16处于第二配置。

在示例性实施例中，操作机构部件28被操作性地耦接在一起。进一步，操作机构部件28被操作性地耦接到跳闸组件18。在该配置中，如上所述，操作机构16被构造成在第一位置和第二位置之间移动可移动触点组件20。进一步，操作机构16被构造成响应于由跳闸组件18检测的过电流状况，使可移动触点组件20从第二位置向第一位置移动。在示例性实施例中，若干弹簧34被构造成使可移动触点组件20在位置之间迅速移动。也就是说，通常，弹簧34在移动可移动触点组件20之前被压缩，并且当可移动触点组件20要被移动时，弹簧34被释放，导致可移动触点组件20的迅速移动。

在示例性实施例中示意性示出的储能电动机组件30是电动机。储能的电动机组件30被耦接到壳体组件12。储能电动机组件30包括旋转输出轴50。在示例性实施例中，储能电动机组件30包括AC导体46、AC/DC转换器47以及DC电动机48。在示例性实施例中，输出轴50是DC电动机48的一部分。AC导体46被耦接到AC线路(未示出)以及AC/DC转换器47，并且与该AC线路(未示出)以及AC/DC转换器47电通信。AC/DC转换器47被耦接到DC电动机48，并且与其电通信。在该配置中，在DC电动机48的致动期间，电流穿过AC导体46和AC/DC转换器47。

若干轴38包括凸轮驱动轴52、摇臂(rocker)连杆轴54、副轴(lay shaft)56、闭合闩锁轴58和跳闸闩锁轴59。应当理解，并且示意性示出，每个轴38可旋转地耦接到壳体组件12或固定到壳体组件12(在图1中示出)。因此，应当理解，旋转轴38围绕转动的纵向轴线旋转。相反，部件28可以围绕固定轴38旋转。储能电动机组件输出轴50被操作性地耦接到凸轮驱动轴52。同样，储能电动机组件30的致动使凸轮驱动轴52旋转。如下所述，摇臂连杆轴54被耦接、直接耦接或固定到若干摇臂连杆构件70。

若干凸轮构件32包括第一储能凸轮60。第一储能凸轮60以固定取向被耦接、直接耦接或固定到凸轮驱动轴52。因此，第一储能凸轮60和凸轮驱动轴52与彼此一起旋转。也就是说，储能电动机组件30的致动使第一储能凸轮60旋转。进一步，通过各个连杆构件40作用的各个弹簧34的力使第一储能凸轮60旋转，以及因此使凸轮驱动轴52旋转。凸轮驱动轴52的旋转不会使储能电动机组件输出轴50旋转。

若干连杆构件40包括但不限于摇臂连杆构件70、第一连杆构件74、副轴铸造连杆构件76、主连杆耦接器构件77、主连杆构件78，以及闭合闩锁连杆构件80。通常，每个连杆构件40包括具有第一端和第二端的细长主体，这将根据如下需要由参考数字来识别。将根据如下需要由参考数字来识别的旋转耦接件被设置在每个连杆端处。旋转耦接件可以是允许旋转的任何耦接件，诸如但不限于每个连杆端中的开口，其具有通过连杆端开口两端的针(pin)。

若干弹簧34包括闭合弹簧90、打开弹簧92和接触弹簧94。通常，每个弹簧34包括具有第一端和第二端的主体，其将根据如下需要由参考数字识别。在示例性实施例中，每个弹簧34是压缩弹簧。如上所述，图2、2A的示意性侧视图示出了单个闭合弹簧90、打开弹簧92和接触弹簧94；应当理解，可能存在并且通常存在若干每个被命名为弹簧90、92、94的弹簧。在可移动触点组件20从第一位置向第二位置移动之前，对每个闭合弹簧90储能，即压缩。也就是说，对每个闭合弹簧90储能并且释放能量，以使可移动触点组件20从第一位置向第二位置迅速移动。在可移动触点组件20从第二位置向第一位置移动之前，对每个打开弹簧92储能，即压缩。也就是说，对每个打开弹簧92储能并且释放能量，以使可移动触点组件20从第二位置向第一位置迅速移动。可以在可移动触点组件20的相关移动之前的任何时候对闭合弹簧90和打开弹簧92储能。也就是说，例如，一旦可移动触点组件20向第二位置移动，就对打开弹簧92储能，并且在稍晚时的过电流状况的情况下保持处于储能状态。同样地，一旦可移动触点组件20向第二位置移动，就对闭合弹簧90储能，以使得紧随过电流状况和触点组件20、22的随后打开，可移动触点组件20可以返回到第二位置。当可移动触点组件20处于第二位置时，接触弹簧94被构造成将可移动触点组件20朝向固定触点组件22偏置。因此，在正常操作期间，即当可移动触点组件20处于闭合的第二位置时，并且在示例性实施例中，对闭合弹簧90、打开弹簧92和接触弹簧94中的每一个储能。因此，同样被识别为反应性弹簧力的弹簧力作用于被操作性地耦接到弹簧34的任何其它操作机构部件28。

若干凸轮从动件36包括闭合弹簧凸轮从动件120和主辊122。应当理解，凸轮从动件36操作性地接合凸轮构件32，由凸轮构件32操作性地接合凸轮从动件36，或二者。在示例性实施例中，凸轮从动件36是被构造成接合凸轮构件32的外表面的轮状辊。也就是说，在示例性实施例中，凸轮构件32是大致平面的圆盘状体37，其包括具有偏移部41(即大致地径向台阶)的螺旋形径向表面39。凸轮从动件36扫过并接合凸轮构件主体径向表面39。因此，由于凸轮构件主体径向表面39距凸轮构件主体37的中心(其是旋转轴线)不是恒定的距离，所以凸轮从动件36移动距凸轮构件主体37的中心更近或更远。

若干D轴42包括跳闸闩锁D轴124和闭合闩锁D轴126。每个D轴42被可旋转地耦接到壳体组件12。每个D轴42操作性地接合闩锁构件44，和/或由闩锁构件44操作性地接合。将在下面详细讨论闩锁构件44。然而，通常，闩锁构件44是可移动的，并且包括下面讨论的与D轴42相邻设置的闩锁表面。当D轴处于第一取向时，D轴表面的弯曲部分被设置在闩锁构件闩锁表面的行进路径(path of travel)中。当D轴42旋转至第二取向时，其中D轴表面的平面部分与闩锁构件44相邻设置，D轴表面不被设置在闩锁构件接合表面的行进路径中。因此，在一个取向中，D轴42阻挡闩锁构件44的行程。这是D轴42的闩锁取向，其闩锁了相关联的闩锁构件44。在另一取向中，D轴42不阻挡闩锁构件44的行程。这是D轴42的未闩锁取向，其未闩锁相关联的闩锁构件44。

可移动触点组件20与被耦接到导电构件24并且与导电构件24电通信的可移动触点构件23组装。如已知，导电构件24被耦接到张力柱组件25。调节杆26被耦接到张力柱组件25和摇臂连杆构件第一端134两者，并且调节杆26被设置在张力柱组件25和摇臂连杆构件第一端134之间。

在示例性实施例中，识别的操作机构部件28组装如下。示意性示出的接触弹簧第一端130被耦接、直接耦接或固定到可移动触点组件20。接触弹簧第二端132被耦接、直接耦接或可旋转地耦接到摇臂连杆构件第一端134。摇臂连杆构件中间部分136被耦接、直接耦接或固定到摇臂连杆轴54。进一步，摇臂连杆构件70包括在摇臂连杆构件中间部分136和摇臂连杆构件第二端138之间设置的打开弹簧固定件137。打开弹簧第一端139被耦接、直接耦接或固定到摇臂连杆构件打开弹簧固定件137。

在示例性实施例中，摇臂连杆轴54被可旋转地耦接到壳体组件12，并且摇臂连杆构件70被固定到摇臂连杆轴54。摇臂连杆构件第二端138被耦接、直接耦接或可旋转地耦接到第一连杆第一端140。第一连杆第二端142被耦接、直接耦接或可旋转地耦接到副轴铸造(casting)连杆构件第一端144。偏移副轴铸造连杆构件中间部分146被可旋转地耦接到副轴56。副轴56被耦接、直接耦接或固定到壳体组件12。副轴铸造连杆构件第二端148被耦接、直接耦接或可旋转地耦接到主连杆耦接器构件第一端150。主连杆耦接器构件第二端152被耦接、直接耦接或可旋转地耦接到主连杆构件第一端154。进一步，在主连杆耦接器构件第二端152和主连杆构件第一端154的接口处，主辊122被可旋转地耦接到旋转耦接件。主连杆构件第二端156被耦接、直接耦接或可旋转地耦接到下面讨论的跳闸闩锁构件主体闩锁第一端184(图9)。

此外，如上所述，第一储能凸轮60被固定到凸轮驱动轴52。第一储能凸轮60与主辊122相邻设置。也就是说，设置第一储能凸轮60以使得主辊122操作性地接合第一储能凸轮构件主体径向表面39。下面讨论的闭合闩锁构件170与第一储能凸轮60相邻设置。在示例性实施例中，闭合闩锁构件170被可旋转地耦接到闭合闩锁轴58。闭合闩锁轴58被耦接、直接耦接或固定到壳体组件12。闭合闩锁连杆构件第一端160被耦接、直接耦接或可旋转地耦接到下面讨论的闭合闩锁构件第一端171。闭合闩锁连杆构件第二端162被可旋转地耦接到闭合闩锁从动件123。

上述的配置是被构造成在打开的第一位置和闭合的第二位置之间移动可移动触点组件20的操作机构16的示例性实施例，在该第一位置中可移动触点组件20与固定触点组件22有效地分隔开，而在该第二位置中可移动触点组件20被耦接到固定触点组件22，并且与其电通信。可移动触点组件20的移动可被有意地启动，或响应于过电流状况启动，即由跳闸组件18启动。应当理解，当可移动触点组件20处于第一位置时，摇臂连杆构件70和调节杆26同样处于第一位置，并且当可移动触点组件20处于第二位置时，摇臂连杆构件70和调节杆26同样处于第二位置。

断路器组件10，以及在示例性实施例中操作机构16，包括被构造成监测包括如上列举的这些操作机构16的若干断路器组件部件的特性的部件监测系统200。在示例性实施例中，部件监测系统200是位移部件监测系统201。如在此所使用的，“位移部件监测系统”201是指其中第一部件被监测以便诊断不同的第二部件的特性的系统。下面讨论部件监测系统200的三个示例性实施例，其同样是位移部件监测系统201。通常，部件监测系统200被构造成测量部件特性，诸如但不限于在第二配置中由储能的弹簧34生成的力。进一步，部件监测系统200比较测量的部件特性与所选标称部件特性。“所选标称”部件特性数据(如在此所使用的，可替换地，“所选标称数据”)经由使用、测试而被确定，或在理论上被确定，并用作针对所获得的数据比较的标准模板。“所选标称数据”可以被具体限定作为范围或作为系数。

例如，每个机构运动及其特性由与部件的具体物理形式相关联的所选数学等式管理。这些等式可以是线性的或非线性的，在性质上是局部的或普通推导的。等式与因变量(例如但不限于，接触磨损、接触的移动速度、力和位移等)以及一些自变量(诸如但不限于，排列比率(linages ratio)、连接长度、弹簧特性，例如长度、弹簧常量等)相关。这种等式可以采用广义的形式，诸如但不限于：

y₁＝β₁f₁(t₁)+β₂f₂(t₂)+β₃f₃(t₃)+…+β_kf_k(t_k)+…+ε或,

y₁＝β₁f₁(t₁，t₂，t₃，...t_n)+β₂f₂(t₁，t₂，t₃，...t_n)+…+ε或，

y₁＝β₁f₁′(t₁，t₂，t₃，...t_n)+β₂f₂′(t₁，t₂，t₃，...t_n)+…+ε

与自变量(f_n(t_n)或f_n(t₁，t₂，t₃，...t_n)或f′_n(t₁，t₂，t₃，...t_n))直接或间接相关联的乘数(β_n)是系数，如在此所使用的。下面提供详细的示例。等式的右侧可被识别为

系统的“运算物理”，而等式的左侧可被识别为“物理上预期的因变量”。在等式左侧和等式右侧之间的差是由于实验误差或实践中未知因素等，其可与ε或误差项相关联。

进一步，如在此所使用的，“所选标称数据”可与任何部件特性相关联。可替代地，与其相关联的特定部件特性和标称数据可以由特定名称来识别。例如，如果相关的部件特性是“相关系数”(下面讨论)，则用于该部件特性的“所选标称数据”被识别为“所选标称相关系数”数据。进一步，如在此使用的，在断路器组件10的使用期间获得或收集的数据是“获得的所选标称数据”。进一步，如在此所使用的，在部件监测系统200耦接到的断路器组件10的使用期间所获得或收集的数据是“获得的局部所选标称数据”。

如在图3中所示，部件监测系统200包括记录组件210、至少一个传感器组件220或若干传感器组件220、比较组件230和输出组件240。在示例性实施例中，记录组件210是存储在存储器组件214和/或永久存储器组件215中的数据库模块212。如在此所使用的，存储器组件214和/或永久存储器组件215包括任何电存储装置，诸如但不限于磁驱动器、闪存器或光盘驱动器，但并不排除暂态介质。记录组件210，以及在示例性实施例中数据库模块212，包括表示若干所选操作机构部件28的所选标称数据的数据。

进一步，将数据库模块212构造成被更新的。即，所选标称数据可被更换或修订，例如，附加数据可被添加到所选标称数据。在示例性实施例中，更新所选标称数据紧随操作机构部件28的故障而发生。

例如，应当理解，随着闭合弹簧90的状况劣化，闭合弹簧90变得更硬，导致闭合弹簧90的弹簧常量上的变化。因此，在示例性实施例中，所选标称数据包括表示闭合弹簧90的最小闭合时间以及指示当可移动触点组件20处于第二位置时闭合弹簧90的可接受应力的范围的数据。在闭合弹簧90发生故障(例如在最小闭合时间内闭合的故障)时，最后记录的闭合弹簧90的应力被添加到与闭合弹簧90相关联的所选标称数据。如以上所讨论，这种新数据是“获得的局部所选标称数据”。如下面所讨论，这种获得的局部所选标称数据随后由比较组件230使用。可替代地，新数据可以被复制到其它断路器组件中的其它部件监测系统200；在该实例中，数据是“获得的所选标称数据”。应当理解，如下面所讨论，通过更新所选标称数据，部件监测系统200提高了其剩余使用寿命(RUL)的预测。可替代地指出，部件监测系统200得知指示故障的新操作机构组件28的特性。

此外，在示例性实施例中，所选标称数据被存储在“缩减的数据集”中。如在此所使用的，“缩减的数据集”是指将存储的数据量限制为二和五数字之间的集，即每个传感器组件220为20至40个字节。例如，如果所选标称数据是“系数数据”，则系数可以通过将它们与一些形式的统计分布函数相关联来直接或间接地存储，例如

或

其中N表示正态分布，而W表示Weibull分布函数，并且存储的参数将是β_n和/或

在示例性实施例中，记录组件210同样与输出组件240电子通信。例如，如果输出组件240包括显示器244，则记录组件210与显示器244电子通信，并且被构造成在显示器244上呈现数据。如下面所讨论的，比较组件230同样与显示器244电子通信，并且被构造成呈现实际部件特性。因此，在示例性实施例中，用户可以在视觉上比较实际部件特性与所选标称数据。例如，所选标称数据可以是以可接受范围的形式。该范围可以呈现在显示器244上。实际部件特性可以呈现为相对于该范围的数据点。因此，用户可以看到实际部件特性是否在可接受的范围内，以及实际部件特性距可接受范围外侧多远。在未示出的另一个示例性实施例中，将所选标称数据印刷在透明膜上并且安装在显示器244上。所选标称数据也可以以其它方式呈现或示出。

在示例性实施例中，每个传感器组件220包括或被构造成耦接到电源(未示出)并与其电子通信。电源可以被设置在每个传感器组件220内。进一步，每个传感器组件220被构造成测量如下限定的断路器组件10的子组件的若干“实际部件特性”，诸如但不限于所选操作机构部件28。可替代地，如下面所讨论，传感器组件220被构造成测量若干断路器组件子组件、断路器组件10的主要部分或整个断路器组件10的若干实际部件特性。如在此所使用的，在物理上测量的部件特性，诸如但不限于断路器组件10的子组件(诸如但不限于所选操作机构部件28)的变形是“测量部件特性”。进一步，诸如但不限于所选操作机构部件28的断路器组件10的子组件可与一个以上的传感器组件220相关联。然而通常在下文，作为初始示例且为简单起见，假定存在被构造成测量单个实际部件特性的单个传感器组件220。传感器组件220进一步被构造成发送表示所选断路器部件的实际部件特性的输出数据。在该示例性实施例中，输出数据是电子构建体，诸如但不限于信号。在下文中，“表示所选断路器部件的实际部件特性的输出数据”被识别为“实际部件特性输出数据”。在示例性实施例中，实际部件特性输出数据信号具有在约0-10VDC之间、在约4-20mA之间以及在约100-1000Hz之间的特性或数字信号输出。如上所述，这是示例，且不是限制性的。

比较组件230包括处理组件232、输入/输出装置234以及比较模块236。处理组件232包括可编程逻辑电路、存储器和基础结构，诸如但不限于印刷电路板(均未显示)。如在此所使用的，“处理组件”不是通用计算机。处理组件232被构造以执行比较模块236。当比较模块236被执行时，其被构造成从记录组件210获取所选部件的所选标称数据，并记录“实际部件特性”。也就是说，如在此所使用的，“实际部件特性”是指测量部件特性(在示例性实施例中，由实际部件特性输出数据表示)和/或“计算部件特性”。“计算部件特性”是指基于测量部件特性和等式(诸如但不限于下面阐述的等式)的部件特性。

在示例性实施例中，比较组件230以及在示例性实施例中比较模块236被构造成执行用于确定“计算部件特性”的计算。然而，应当理解，虽然“计算部件特性”由比较组件230确定，但是“计算部件特性”以测量部件特性为基础；因此，“计算部件特性”根据传感器组件220的测量部件特性的测量而被固定。因此，如在此所使用的，“计算部件特性”同样可以与传感器组件220相关联，并且可以由传感器组件220生成。在替代实施例中，传感器组件220包括被构造成执行生成“计算部件特性”所需的计算的传感器模块222。

比较组件230以及在示例性实施例中比较模块236，与记录组件210电子通信，并被构造成获取在记录组件210内的所选标称数据。比较组件230以及在示例性实施例中比较模块236，进一步被构造成比较实际部件特性和所选标称数据，并且向下面讨论的输出装置242通信信号。例如，比较组件230以及在示例性实施例中比较模块236，被构造成比较实际部件特性和所选标称数据，以便确定所选断路器部件28的剩余使用寿命，并提供表示所选操作机构部件28的剩余使用寿命的指示的指示信号。在示例性实施例中，剩余使用寿命的指示是根据其可采取以下给出的广义线性或非线性形式的等式而计算的，但不限于以下如等式A所识别的：

y＝Tβ+ε 等式A

或

y₁＝β₁f₁(t₁)+β₂f₂(t₂)+β₃f₃(t₃)+…+β_kf_k(t_k)+ε₁

或

y₁＝β₁f₁(x₁)+β₂f₂(x₂)+β₃f₃(x₃)+…+β_kf_k(x_k)+ε₁

其中：

y＝包含在某些时刻获得的原始数据的单列向量(大小:n×1)，例如温度、气压、事件时序/持续时间数据时序等的传感器监测/导出信号，或一般可以或不可以直接测量的但用于衡量系统健康的任何因变量。

T＝分配因变量与自变量之间的适当关系的设计矩阵(大小：n×k)，例如时间函数或含有时间(t)的函数形式∈(f₁(t₁)，f₂(t₂)，…，f_k(t_k))。

X＝分配因变量与自变量之间的适当关系的设计矩阵(大小：n×k)∈(f₁(x₁)，f₂(x₂)，…，f_k(x_k))，其中x_i表示可测量的变量或自变量。

β＝具有形成模型等式的k参数的向量＝[β₁β₂…β_k]^T，f₁(x)，f₂(t)等是基本函数(可采取任何形式，但最终可拟合为多项式形式，并且其可相对于所选部件22改变)。

ε～N(O，σ²)＝自变且等同分布的随机变量(iid)∈(ε₁，ε₂，ε₃，…，ε_n)。

在示例性实施例中，并且作为示例，鲁棒多项式模型选择用于确定安装在断路器的导体臂上的瞬态自然对流冷却散热器的故障的物理现象，并且可认为是操作机构部件28。在示例性实施例中，安装有温度传感器(安装在导体臂上和断路器柜内侧)、速度传感器(安装在断路器柜内侧)。1D问题可根据由等式的热传递原理来限定：

其中：

T(t)＝在任何给定时刻的系统温度(t以秒为单位)；

T_i＝系统的初始温度(℃)；

T_∞＝环境温度(℃)；以及

a和b常量由材料特性、热源以及其它瞬态热传递模型常量以及从实验中已知的先验来确定。进一步的替代和修改可给出：

y₁＝β₀X⁰+β₁X¹+ε_i其中

并且

其中X＝exp(-at)并且y＝T(t)-T_∞。

以上等式与在以上等式A中呈现的广义线性形式类似。

作为另一个示例性实施例并且作为特定示例，断路器的导体臂的温度上升直接与穿过该导体的电流平方成正比，并且直接与环境/周围温度成正比，并且与导体周围的空气对流成反比(基于强制连接热传递原理)。因此，等式可被建模为：

T∝I²；T∝T_∞；以及T∝1/u；

采用替换：β₀＝a；β₁＝b；β₂＝c；以及β₃＝d，该等式再次相似于以上等式A的形式，

其中：

T＝在任何给定瞬时的系统温度；

I＝以安培为单位的电流；

T_∞＝环境温度(℃)；以及

u＝导体周围的空气速度(以m/s为单位)。

在示例性实施例中，比较模块236包括应力传感器模块236A、控制电路监测模块236B、打开/闭合评估模块236C以及储能电动机监测模块236D。这些模块236A、236B、236C、236D根据在图14A和图14B中所示的方法来操作。

比较组件230以及在示例性实施例中比较模块236，被构造为确定实际部件特性是否是传感器组件220的误差的结果。也就是说，已知的是传感器组件220可产生不反映实际部件特性的错误结果。这些错误通常导致不合理的测量，并提供伪肯定警报或伪否定读数。比较模块236被构造成通过包括(即在数据库中记录)每个实际部件特性的有限的可接受范围来识别这种错误。通过比较模块236来忽略所测量的超出有限的可接受范围的任何实际部件特性。每个实际部件特性的有限可接受范围可以被记录在数据库模块212中。

比较组件230以及在示例性实施例中比较模块236，进一步被构造成提供当与所选标称数据相比时实际部件特性的可接受性的指示。也就是说，如在此所使用的，“提供当与所选标称数据相比时实际部件特性的可接受性的指示”是指比较组件230做出关于操作机构部件28的可接受性或可靠性的确定。例如，在示例性实施例中，该确定涉及机器或系统的可靠性、剩余使用寿命、预期故障日期或故障时间，或上述参数的置信区间中的一种。该指示同样可以是二元选择(binary selection)的形式(即好或坏，是或否)，或以通信的形式(即“储能弹簧需要被更换”)。

当比较模块236被执行时，其进一步被构造成生成输出信号。在示例性实施例中，输出信号表示当与所选标称数据相比时的实际部件特性的可接受性的指示。在示例性实施例中，该指示采用剩余使用寿命的指示的形式。在示例性实施例中，一些故障模式不影响单一部件特性。因此，多个监测模块236A-D可检测可能的故障模式是可能的。在预训练故障模式与监测模块指示之间的关系的映射可以基于物理断路器工作机构以及实际测量来创建。被转换成指示的实际测量，然后可与映射关系比较。

比较组件输入/输出装置234与记录组件210、处理组件232以及所有传感器组件220电子通信。因此，比较组件输入/输出装置234允许在这些元件之间的通信。此外，比较组件输入/输出装置234与输出组件240电子通信。

输出组件240包括输出装置242，诸如但不限于显示器244。输出组件240被构造为呈现实际部件特性为可接受或不可接受的指示。例如，如果实际部件特性是可接受的，则指示可以是绿色勾号的图像，或者如果实际部件特性是不可接受的，则指示可以是红色“X”的图像。作为另一个示例，指示可以包括示出可接受的部件特性的包络线的图像，以及表示实际部件特性的图像，例如表示在一段时间期间内的实际部件特性的曲线。如果表示实际部件特性的图像被设置包络线内，则实际部件特性是可接受的，或如果表示实际部件特性的图像或其一部分被设置在包络线外侧，则实际部件特性是不可接受的。

进一步，在示例性实施例中，输出组件240包括通信组件260或在任何子组件之间的电子通信。通信组件260被构造成向远程位置通信输出信号。通信组件260进一步被构造成向远程位置通信原始数据或任何其它存储的信息。通信组件260可以经由有线构建体(诸如但不限于，光纤、以太网电缆、屏蔽电缆、CAN-BUS通信系统)或无线构建体(诸如但不限于，近场通信(NFS)、蓝牙连接、WiFi连接、无线射频标识(RFID)、卫星通信系统或无线电通信系统)通信信号。

在示例性实施例中，部件监测系统200或其元件是模块化的，并可以选择性地耦接到所选断路器组件。如在此所使用的，“可选择地耦接”是指两个部件以允许部件容易解耦而不损坏部件的方式来耦接。记录组件210、比较组件230和输出组件240被设置在模块化壳体组件300中。模块化壳体组件300包括若干侧壁302和可选择的耦接件，诸如但不限于，舌榫耦接件(未示出)。模块化壳体组件侧壁302限定封闭的空间306。处理组件232和其它元件被设置在模块化壳体组件封闭的空间306内。为了说明起见，模块化壳体组件300被识别为比较组件230的一部分。在该配置中，模块化壳体组件300可以在不同的断路器组件10或各种开关齿轮组件(图中未示出)之间移动。

在实施例中，其中传感器组件220利用有线通信，模块化壳体组件300包括若干通信端口310。每个模块化壳体组件通信端口310与处理组件232电子通信。进一步，每个模块化壳体组件通信端口310被构造成与(以及被置于与)传感器组件220电子通信。

在特定的示例性实施例中，部件监测系统200以及位移部件监测系统201被构造成评估闭合弹簧90，以便确定闭合弹簧90何时被磨损和/或准备更换。在该示例性实施例中，并且如图4所示，使用以下符号：

L＝凸轮的中心与上弹簧座之间的距离；

D＝凸轮的中心与下弹簧座之间的距离；

ω₀＝当闭合弹簧完全储能时的初始角度；

ω_t＝当闭合弹簧释放能量时的旋转角度；以及

h＝从凸轮的中心到闭合弹簧中心轴线的距离。

对于图4中所示的配置，在时间t的储能弹簧的长度可以计算如下：

弹簧力可根据胡克定律计算如下：

F_t＝(l₀-l_t)K

其中K是弹簧的刚度，并且l₀是处于打开状态的闭合弹簧的长度。

该力的目标(aim of force)h可计算如下：

h_t＝dL sin(w_o+w_t)/l

因此，时刻t的弹簧力的力矩可计算如下：

M_t＝h_t×F_t

在图5中示出第一储能凸轮60的电流的典型包络线和储能时间。为匹配第一储能凸轮60的所需扭矩，储能电动机组件30将输出等同于离合器的输出转矩，并且然后发送到储能弹簧。进一步，储能电流，即到储能电动机组件30的电流将对应于变化的扭矩，即随着变化的扭矩而变化。储能电动机组件30的输出扭矩可计算为：

其中C_m是扭矩系数，而

是电枢磁通(armature flux)。电枢磁通是当激励电流流过机器绕组时生成的磁通。电动机工作在磁通电流曲线的饱和区；因此，激励电流的变化以很小的程度影响电枢磁通。因此，提出假设：

是常量，然后扭矩与电动机电流成比例。

在示例性实施例中，AC/DC转换器47用于由AC源对DC电动机48供电。因此，在该实施例中，传感器组件220包括与AC导体46中的电流相关联的电流传感器220'，并且该电流传感器220'被构造成测量AC导体46中的电流。通过提取在AC导体46处所测量的AC电流的包络线，可获得DC电流I_t的所选标称电流数据。通过测试在断路器组件10的标称使用期间的电流，可在正常状况下获得标称电流。这种测试重复几次，以在统计学上观察和建立标称电流。如果没有明显的波动，则在信号处理之后平均电流包络以建立最终标称电流。(可替代地，标称电流可以通过最小二乘法或加权最小二乘法来建立)。

此外，在该示例性实施例中，传感器组件220包括被构造成测量在DC电动机48的致动期间电动机输出轴的电动机输出轴扭矩的电动机输出轴扭矩传感器220”。扭矩传感器220”被耦接、直接耦接或固定到电动机组件输出轴50并且被构造成测量在储能电动机组件30的致动期间其中的扭矩。进一步，传感器组件220包括电动机定时器220”'。电动机定时器220”'被构造为测量储能电动机组件30是激活的(即处于活动中)时间周期。在示例性实施例中，定时器220”'被构造成检测AC导体46或AC/DC转换器47中的电流。定时器220”'可与电流传感器220'组合。

在该实施例中，储能电动机组件30的至少三个部件特性可用于确定闭合弹簧90被磨损和/或准备更换。储能电动机组件30的这些部件特性包括储能时间、储能电动机组件30的输出能量，以及如下限定的相关系数。因此，电流传感器220'被构造成测量AC导体46中的电流以及储能电动机组件30被致动的时间周期。

如在图6中示出通过实验确定的所选标称电动机储能时间“t_c”。图7示出储能过程的所选标称时间周期。如下面讨论的，如果储能过程的时间周期超过所选标称电动机储能时间，则指示外部电压低于所需。电网电压的允许误差为低于7％到高于10％。然后可确定储能时间的允许误差。也就是说，例如，通过储能弹簧存储的能量提供整个系统的总动能、以及打开弹簧和接触弹簧的弹性势能。极端状况可被认为是，如果当闭合弹簧的刚度低于一定值时该闭合弹簧老化，则断路器无法针对命令而闭合。(可以很容易地在扭矩曲线中看到)。随着刚度降低，闭合时间将增加并且影响闭合质量。假定指示闭合质量及其范围的指数，在理论上可以计算预定极限(或由模拟推导)。计算电动机输出扭矩的原理可以扩展到不同类型的电动机和测量。

电动机的输出能量可以被计算为：

E＝I²Rt。

考虑到电阻R是常量，等效的储能能量E₁可被确定为：

E₁＝E/R＝l²t。

等效的储能能量描绘了当对闭合弹簧90的其它操作机构部件28储能时储能电动机组件30施加了多少能量。等效的储能能量可用作诊断操作机构16的工作状况(特别是闭合弹簧90的刚度)的指示器。也就是说，随着闭合弹簧90老化，对等效的储能能量储能所需的等效储能能量改变。也就是说，例如如果它仍保持连续储能，则弹簧可以变得不太硬，或如果处于待机并暴露于极端温度和湿度中，则弹簧可变得更硬/脆。前者比后者更可能。因此，如果等效的储能能量超过预定极限，则闭合弹簧90应被更换。在该示例性实施例中，由储能弹簧存储的能量限定可用于操作机构16的总动能和打开弹簧92和接触弹簧94的弹性势能。极端状况可被认为是，如果闭合弹簧90随着其刚度低于一定值而老化，则操作机构16无法针对命令而闭合，如在扭矩曲线中可见。随着刚度降低，闭合时间将增加并影响闭合质量。假定指示闭合质量及其范围的指数，可以通过模拟来计算或确定预定极限。

相关系数ρ提供了在储能电流I_t和理论扭矩M_t之间的相关性，如下：

其中：

I_t＝在给定时域中的电动机电流包络线的值；

的平均值；

M_t＝由电动机提供的理论扭矩；以及

的平均值。

也就是说，ρ表示储能过程与理论模型匹配得如何。因此，ρ用作诊断在机构(特别是闭合弹簧90和第一储能凸轮60)中是否存在缺陷的有效指数。该等式在某些变换之后再次遵循等式A的标准格式。

在示例性实验中，如上所述的在三个不同的工作状况中的电动机电流和提取的部件特性如下所示。在该示例性实验中，工作状况是标准状况，即，220V的外部电压，闭合弹簧的刚度和预负载是标称的，并且离合器系统是润滑的。储能电动机的欠压状况是指外部电压为180V，而其它状况保持相同。机构的异常状况是指在模拟中刚度和预负载的变化，而其它状况保持相同。波形的比较可以在图7中找到。如在图7中所示，测量电流包络线与理论扭矩曲线匹配良好，并且储能时间t_c和储能能量E已被提取并被计算为用于标准状况的参考。数值比较如下所示。

模式	ρ	t<sub>c</sub>(S)	E<sub>1</sub>(J/Ω)
				1.标准状况	0.9314	0.097	1.4022
2.储能电动机的欠压	0.799	0.119	1.4828
				3.机构异常(模拟)	0.7455	0.094	0.8134

因此，比较指示：对于具有储能电动机组件30的欠压的故障模式，储能时间将更长，而总输出能量类似于由理论曲线计算的总输出能量。然而，对于具有机构异常的故障模式，理论凸轮扭矩曲线由于机构的缺陷而改变。也就是说，对于具有机构异常的故障模式，测量的电路包络线将不会与理论能量曲线匹配良好。考虑到这些因素，电动机和储能机构的缺陷可被检测，并且提供关于操作机构16的附加诊断信息。

如在图8中所示，使用部件监测系统200(其也是位移部件监测系统201)的实施例的方法包括：选择1000要监测的断路器组件操作机构部件28，测量1002所选断路器部件28的断路器组件操作机构实际部件特性，比较1004所选断路器部件的断路器组件操作机构实际部件特性与所选断路器部件的所选标称数据，提供1006当与所选标称数据比较时实际部件特性是否可接受的指示，以及如果当与所选标称数据比较时所选断路器部件的断路器组件操作机构实际部件特性不可接受，则更换1010所选断路器部件。

在示例性实施例中，其中所选标称数据和实际部件特性输出数据是电子构建体，应当理解，通过将所选标称数据与计算机中的实际部件特性输出数据比较，执行将所选断路器部件的断路器组件操作机构实际部件特性与所选断路器部件的所选标称数据比较1004。

在示例性实施例中，其中储能电动机组件30包括如上所述的AC和DC部件，测量1002所选断路器部件28的断路器组件操作机构实际部件特性包括：测量1020DC电动机的致动的时间周期、储能电动机组件输出能量或电动机输出轴扭矩中的至少一个。

在示例性实施例中，其中记录组件210包括表示所选断路器部件的所选标称相关系数的数据，比较1004所选断路器部件的断路器组件操作机构实际部件特性与所选断路器部件的所选标称数据，并且提供1006当与所选标称数据比较时实际部件特性是否可接受的指示包括：通过比较所选断路器部件的若干特性来确定1030所选断路器部件的实际相关系数，比较1032实际相关系数与所选标称相关系数，以及提供1040实际相关系数与所选标称相关系数的比较是否处于所选范围内或所选范围外的指示。进一步，在示例性实施例中，其中储能电动机组件30如上所述，通过比较1036所选断路器部件的若干特性确定1030所选断路器部件的实际相关系数包括：根据等式来比较电流传感器输出数据与电动机输出轴扭矩传感器输出数据：

其中I_t是在DC电动机的致动期间AC导体中的AC电流；

其中

是在DC电动机的致动期间AC导体中的平均标称AC电流；

其中M_t是在DC电动机的致动期间电动机输出轴50中的电动机输出轴扭矩；以及

其中

是在DC电动机的致动期间电动机输出轴50中的平均电动机输出轴扭矩。

进一步，在示例性实施例中，其中储能电动机组件30如上所述，选择1000要监测的断路器组件操作机构部件28，以及替换1010所选断路器部件包括：监测1001储能电动机组件30的特性，以及替换1012闭合的第一弹簧90。

在另一个示例性实施例中，部件监测系统200以及位移部件监测系统201被构造成评估作用在闩锁构件44上的力，以便确定接触弹簧94是否需要更换。

以上讨论的操作机构16包括两个闩锁构件44；闭合闩锁构件170和跳闸闩锁构件172。闭合闩锁构件170以上面讨论的方式操作性地接合闭合闩锁D轴126。跳闸闩锁构件172以上面讨论的方式操作性地接合跳闸闩锁D轴124。因此，在示例性实施例中，当可移动触点组件20处于第二位置时，来自接触弹簧94(或其它弹簧34，通常)的力通过各种操作机构部件28作用在跳闸闩锁构件172上。也就是说，作为示例，下面的描述将集中在接触弹簧94和跳闸闩锁构件172之间的关系上。应当理解，其它操作机构部件28可被监测，以确定其它弹簧34的状态，即健康。

在示例性实施例中，跳闸闩锁构件172是监测闩锁组件174。也就是说，在该示例性实施例中，如在图9和图10中所示，监测闩锁组件174包括闩锁构件176和传感器组件178。闩锁构件176包括限定凹腔182的主体180。闩锁构件主体180是包括闩锁的第一端184和耦接的第二端186的大致平面的主体。闩锁构件主体第二端186包括闩锁表面188。在示例性实施例中，闩锁构件主体第二端闩锁表面188被设置在大致平面的闩锁构件主体180的宽大的大致平面的表面之间的较薄横向表面上。闩锁构件主体凹腔182与闩锁构件主体第二端闩锁表面188相邻设置。

在示例性实施例中，将闩锁构件主体凹腔182的大小和形状设定为大致对应于在下面讨论的传感器组件178。因此，在示例性实施例中，闩锁构件主体凹腔182包括大致平面的第一表面190和大致平面的第二表面192。闩锁构件主体凹腔第一表面和第二表面190、192大致平行。

如在图9-11中所示，并且在示例性实施例中，传感器组件178包括盘状主体194，该盘状主体194是大致平面的主体。也就是说，传感器组件主体194包括大致平面的第一表面196和大致平面的第二表面198。当传感器组件主体194被设置在闩锁构件主体凹腔182中时，传感器组件主体第一表面196被耦接、直接耦接或接合地耦接到闩锁构件主体凹腔第一表面190。类似地，当传感器组件主体194被设置在闩锁构件主体凹腔182中时，传感器组件主体第二表面198被耦接、直接耦接或接合地耦接到闩锁构件主体凹腔第二表面192。在示例性实施例中，传感器组件178被构造成测量静态压力或变形中的至少一种。

如上所述，在该示例性实施例中，部件监测系统200以及位移部件监测系统201被构造成评估作用于闩锁构件44上的力，以便确定弹簧34(包括但不限于闭合弹簧90、打开弹簧92和/或接触弹簧94)是否需要更换。因此，在该实施例中，记录组件210包括作用于闩锁构件主体180上的力的所期望的范围。也就是说，在上述配置中，操作机构部件28生成如图2A中所示的若干力和力矩。这些力和力矩包括：

F1-由接触弹簧94产生的力；

F2-由打开弹簧92产生的力；

F3-由第一连杆构件74作用于副轴铸造连杆构件76上的力；

F4-由主辊122作用于第一储能凸轮60上的力；

F5-由主连杆耦接器构件77作用于副轴铸造连杆构件76上的力；

F6-由主连杆构件78作用于跳闸闩锁构件172上的力；

F7-由跳闸闩锁D轴124作用于跳闸闩锁构件172上的力；

M1–对摇臂连杆轴54的力矩；

M2–对副轴56的力矩；以及

M3–对跳闸闩锁轴59的力矩。

得知各种操作机构部件28的例如几何形状、材料、位置等的特性，可以计算上述的各种力和力矩。此外，如在图12和图13中所示，可以测试操作机构16，以便建立如下关系：(1)在可移动触点组件20的打开速度和接触弹簧94力(F1)之间的关系，以及(2)闩锁力(F7)和接触弹簧94之间的关系。此外，可以建立针对可移动触点组件20的打开速度、接触弹簧94力(F1)以及闩锁力(F7)的可接受范围。也就是说，可以初始地以理想模型计算这些值。给定几何形状和材料的参数，可以近似地确定传动比和等效质量。然后，可确定包括打开和闭合时间以及结构中的力的机械特性。施加模拟方法用于双重检查所建立的模型的准确度。最后，实验验证了理想模型，并且然后通过比较来确定具有一定裕度(margin)的每个物理量的阈值。例如，通过假设旋转平衡来计算闩锁力。在该情况下，相对于旋转轴承(未示出)的闩锁的ΣM是零(0)。由于闩锁力由传感器测量，因此给定几何测量，则可确定加到接触弹簧94的相互作用力。

因此，通过测量闩锁力(F7)，并将其与闩锁力(F7)的所选标称数据比较，可确定更换接触弹簧94的需求。

在另一个示例性实施例中，部件监测系统200或位移部件监测系统201包括若干振动传感器组件320以及其它传感器组件220。在该实施例中，部件监测系统200包括如上所讨论而操作的记录组件210、比较组件230，以及输出组件240。也就是说，例如，振动传感器组件320以及其它传感器组件220与如上所讨论的比较组件230电子通信。

如在此所使用的，“振动传感器组件”是被构造成检测在部件、组件、一组部件或组件、断路器组件10的主要部分或整个断路器组件10中的振动或加速度的传感器组件。振动传感器组件320被构造成检测振动，并且理解为振动可以影响一个以上的部件。下面，示例性振动传感器组件320将相对于断路器组件10的主要部分来讨论，即该示例性振动传感器组件320被构造成检测在断路器组件10的主要部分中的振动。应当理解，这仅仅是在此使用的示例，而不是限制性的。振动传感器组件320包括但不限于加速度计。进一步应当理解，在示例性实施例中，振动传感器组件320被构造成测量相对于时间的振动数据；也就是说，振动传感器组件320包括记时计(chronometer)。在该实施例中使用的其它传感器组件220被构造成检测间隙电压(gap voltage)和跳闸线圈电流。在示例性实施例中，间隙电压传感器组件220和跳闸线圈电流传感器组件220同样包括记时计。应当理解，时间保持功能可以由部件监测系统200的其它元件(诸如但不限于记录组件210)来执行。

在示例性实施例中，若干振动传感器组件320被耦接、直接耦接、可移除地耦接或固定到断路器组件壳体组件12。振动传感器组件320被构造成检测若干断路器组件10部件的问题，并且同样在示例性实施例中是位移部件监测系统201的一部分。也就是说，如上所述，操作机构16包括若干部件28。操作机构部件28中的一些操作机构部件是以上所讨论的。进一步应注意的是，操作机构部件28进一步包括储能棘爪和齿轮齿、以及润滑器(均未示出)。也就是说，如在此所使用的，结合操作机构16使用的润滑器是操作机构部件28。在所公开的示例性实施例中，振动传感器组件320被构造成采用储能棘爪、齿轮齿、润滑器、储能电动机组件30和所选凸轮构件32检测问题。进一步，在示例性实施例中，如图所示，存在彼此间隔开(即被耦接、直接耦接或固定到断路器组件10的不同区域)的三个振动传感器组件320、320'、320”(示意性示出)。进一步，在示例性实施例中，每个振动传感器组件320、320'、320”被构造成测量主要以与笛卡尔坐标系的轴线对应的一个方向(如图1中由与每个传感器相关联的箭头示出)的振动。进一步，在该配置中，来自三个振动传感器组件320、320'、320”的数据可以与彼此比较。

如在此所使用的，任何部件、组件或在该实施例中断路器组件10的主要部分的振动是(如上面讨论的)“实际部件特性”。至于上述的传感器组件220，振动传感器组件320包括或被构造成耦接到电源(未示出)并且与该电源电子通信。进一步，振动传感器组件320进一步被构造成发送在此被识别为(上面讨论的)“实际部件特性输出数据”的断路器部件的实际部件特性的输出数据。如前，以及在一个示例性实施例中，实际部件特性输出数据信号具有在约0-10V DC之间，在约4-20mA之间以及在约100-1000Hz之间的特性或数字信号输出。

因此，如已知的，断路器组件10的元件，诸如但不限于操作机构16与可移动触点组件20，在断路器组件10的操作期间在已知的配置和位置之间移动。配置和位置包括上述的第一和第二位置，以及与对闭合弹簧90储能相关联的位置和配置。借助于非限定性示例，断路器组件10可通过诸如储能-闭合-储能-打开-闭合-打开的顺序移动，其中“储能”与闭合弹簧90相关，而“打开”和“闭合”与操作机构16和可移动触点组件20的位置相关。

在该示例性实施例中，记录组件210以及在示例性实施例中数据库模块212，包括表示所选标称数据的数据，包括“模型所选标称数据”。如在此所使用的，“模型所选标称数据”是经由“杰作断路器”的测试而确定的数据。如在此所使用的，“杰作断路器”是保持操作并且如新状况的断路器组件。初始地对杰作断路器执行基于振动的诊断和预测的方法，并用于生成模型所选标称数据。随着部件移动到各种位置中并且在诸如但不限于对闭合弹簧90储能的操作期间，模型所选标称数据包括表示与杰作断路器组件10相关联的振动的数据。然后对使用中的断路器组件10执行相同或基本上类似的分析，以生成实际部件特性输出数据，并且然后计算计算部件特性。在图15中示出用于基于振动的诊断和预测的方法。

通常，该方法包括执行信号分段2000，执行特征提取2002，执行诊断和预测2004，并且提供可操作的建议2006。在图15中，在左边示出的步骤是主要步骤，其每者具有向右侧示出的子步骤。

在示例性实施例中，比较组件230被构造成对实际部件特性输出数据初始地执行信号分段2000，从而产生信号数据段。也就是说，对杰作断路器测量的实际部件特性输出数据是电子构建体，诸如但不限于信号。进一步，信号包括表示时间的数据。因此，信号能够被“分段”，即被分成不同的时间周期。也就是说，如在此所使用的，“分段信号数据”是指在时间周期内测量的数据的若干部分。进一步，如在此使用的，具体时间周期的数据的每部分是“数据段”。因此，“分段信号数据”包括若干“数据段”。在示例性实施例中，所识别的数据段与以上讨论的储能-闭合-储能-打开-闭合-打开顺序的每个单独的相相关联。进一步，每个段包括时间分量。

如在图16中所示，比较组件230被构造成执行包括获得实际部件特性输出数据的信号分段。该过程包括获得实际部件特性输出数据2020，执行希尔伯特变换以建立包络线2022，并且建立每个局部最小振动的时间2024，其指示新测量周期的开始。为避免捕捉零点作为局部最小值，最好提取原始信号的包络线。包络线可通过原始信号的希尔伯特变换从解析信号计算。在图16中，解析信号u(t)通过原始信号g(t)的希尔伯特变换获得，其是不具有负频率分量的复值函数。解析信号的包络线是实部和虚部的平方之和。进一步，图16是执行信号分段2000(图15)的详细说明。也就是说，在“依次取t，t＝t+1”处，传感器记录在u(t)的包络线上的局部最大值。如果u(t)<k*先前n的平均值，其中k是平均值的预设缩放参数，并且u(t)大于同样是预设参数的基本振幅，则当前t是用于分段的点。u(t)>基本振幅的步骤是丢弃伪段点的标准。

应当理解的是，当对杰作作断路器执行该步骤时，比较组件230建立上面讨论的“分段”。进一步，在示例性实施例中，比较组件230被构造成丢弃伪段点2026(图15)。在每个段内，当对杰作断路器执行时，比较组件230被构造成执行特征提取2002。提取的特征包括总能量特性、段平均能量属性、段持续时间属性，以及时域相关属性。属性根据如下建立：

每个振动段对应于机构中的主要碰撞，并且从每段中提取的特征同样可以表示碰撞的特性。E_总表示每段中的总能量。E_总与碰撞强度和持续时间相关。

是在每段中的平均能量，其仅与碰撞强度相关。T是段持续时间，其表示直到下次碰撞发生前碰撞持续多久。C_t是在每段中测量信号和标准信号之间的相关数。C_t表示在测量信号和“健康”断路器的信号之间的相似性。

应当理解，总能量属性、段平均能量属性、段持续时间属性以及时域相关属性被限定为由用户选择的范围或极限。也就是说，基于总能量属性、段平均能量属性、段持续时间属性以及时域相关属性的所选范围或限制被选择为模型所选标称数据。进一步，总能量属性、段平均能量属性、段持续时间属性以及时域相关属性中的每个属性由诸如但不限于快速傅立叶变换(FFT)、短时傅立叶变换(STFT)、动态时间规整(DTW)数据的方法计算。

在图17中示出在闭合操作期间与杰作断路器相关联的振动的示例性模型所选标称数据。在示例性实施例中，模型所选标称数据进一步包括表示间隙电压、跳闸线圈电流、与A相的电极相关联的位移信号、与B相的电极相关联的位移信号以及与C相的电极相关联的位移信号的数据，下面分别称为“位移A”、“位移B”以及“位移C”。间隙电压是在上电极和下电极之间的电压，其表示断路器是否处于打开或闭合位置。位移是关于其闭合位置的下电极，而附注A、B、C针对三相。

如在图17中所示，三个时间段与示例性物理过程相关联，并且被识别为t1、t2和t3以及t3'、t3”等作为弹簧振荡。第一段t1与凸轮构件32和辊，即凸轮从动件120，的冲击相关联；第二段t2与触点组件20、22的碰撞(以及速度降低到0)相关联；以及，段t3与一个或多个弹簧34的振荡相关联。作为替换，在另一图(未示出)中，时间段t1、t2和t3与不同的示例性物理过程相关联。也就是说，t1可与行程的末端相关联；t2可与阻尼器(未示出)的冲击相关联，以及t3可与开口操作的末端相关联。

在断路器组件10的操作期间，振动传感器组件320以及上述的其它传感器组件220用于以相同的工艺或方法来产生与模型所选标称数据比较的实际部件特性。也就是说，比较组件230被构造成记录实际部件特性输出数据，并且然后计算计算部件特性。同样是实际部件特性的计算部件特性与模型所选标称数据比较。在该实施例中，比较组件230被构造成将实际部件特性(即计算部件特性)与模型所选标称数据比较。如在此所命名的，计算部件特性应被识别为下面讨论的总能量特性、段平均能量特性、段持续时间特性以及时域相关特性。“特性”对应于上面讨论的“属性”。也就是说，“属性”是针对杰作断路器的实际/计算部件特性，而“特性”是针对正在使用的断路器组件10的实际/计算部件特性。

如上所述，比较组件230被构造成将计算部件特性与模型所选标称数据比较。也就是说，比较组件230被构造成在每个测量周期和分段信号数据段内，将总能量特性与总能量属性、段平均能量特性与段平均能量属性、段持续时间特性与段持续时间属性，以及时域相关特性与时域相关属性比较。

在该实施例中，等式A(上述)可表示为：

y_i＝β₁f₁(t_i)+β₂f₂(t_i)+β₃f₃(t_i)+…+β_kf_k(t_i)+…+ε_i或，

y_i＝β₁f₁(t₁，t₂，t₃，...t_n)+β₂f₂(t₁，t₂，t₃，...t_n)+…+ε_i或，

y_i＝β₁f′₁(t₁，t₂，t₃，...t_n)+β₂f′₂(t₁，t₂，t₃，...t_n)+…+ε_i或，

或，

通式：y＝Tβ+ε或y＝Xβ+ε其中：

y＝包含实际部件特性输出数据的形式∈(y₁,y₂,...,y_n)大小(n×1)；

T＝分配在时间函数与实际部件特性输出数据之间的关系的形式∈(f₁(t_i)，f₂(t_i)，…，f_k(t_i))；

X＝分配自变量与实际部件特性输出数据之间的关系的形式∈(f₁(x₁)，f₂(x₂)，…，f_k(x_k))；

β＝具有形成模型等式的k参数的形式[β₁β₂…β_k]^T，并且k＝针对数据被收集的特性输出参数的总数量；以及

ε～N(O，σ²)＝自变且等同分布的随机变量(iid)∈(ε₁，ε₂，ε₃，…，ε_n)。

在图18A和18B中示出第一和第二传感器组件320、320'的计算部件特性与模型所选标称数据的比较的直观表示(未示出来自第三传感器组件320”的信号)。进一步，如图所示，计算部件特性的时间顺序位置(在图上)与特定操作机构部件28相关联。因此，当相对于在特定时间顺序位置处的对应属性任何计算部件特性不可接受时，不可接受的计算部件特性指示相关联操作机构部件28需要注意。也就是说，在特定操作(例如对闭合弹簧90储能)期间发生的振动已知以特定时间顺序发生。

如果在对闭合弹簧90储能的顺序中的特定时间的振动的计算部件特性是不可接受的，则比较组件230被构造成识别与该振动相关联的操作机构部件28，即在特定时间的振动。例如，如在图19中所示，在约0.16秒处的特定大小的振动与不可接受的齿轮摩擦相关联。因此，比较组件230被构造成将每个数据段与断路器组件10的所选部件相关联。

如果任何计算部件特性相对于对应的属性不可接受，则比较组件230被构造成提议校正动作和/或识别潜在的问题。可以理解的是，这种提议被针对输出组件240而提出。进一步应注意，在示例性实施例中，傅立叶变换发现引起额外频率分量的离群数据。

利用若干振动传感器组件320的实施例同样被构造成确定在打开和闭合操作期间触点组件20、22的位移。如在此所使用的，“触点组件20、22的位移”包括可移动触点20中的至少两个特性：位置和速度。进一步，相对于固定触点22的可移动触点20的位置是被识别为“分隔”的特性，即在触点组件20、22之间的距离。

也就是说，在该实施例中，(上面讨论的)“实际部件特性输出数据”用于估计触点组件20、22的位移。概括地说，在图20中示出用于估计距实际振动输出数据的触点位移曲线的模型。进一步，对于闭合操作，如图17所示，由于闭合弹簧90和接触弹簧94的偏置，在段t1期间可移动触点20的加速度被假定为恒定。在打开操作期间，由于打开弹簧92和接触弹簧94的偏置，在段t1期间可移动触点20的加速度被假定为恒定。在闭合操作的段t2和t3期间，由于阻尼器(未示出)的阻尼效应，加速度为负。因此，给定在图20中所示的模型，相关分析用于找到在近似恒定加速度和振动数据之间的关系。在示例性实施例中，在可移动触点20移动期间加速度从在每段中与振动能量的线性关系来估计。在示例性实施例中，这由以下等式表示：

a＝kE

其中a是要估计的(近似)加速度，E是该段中的振动能量，并且k是在能量与加速度之间的相关系数，以及E由如下的振动信号的平方和导出；

E＝α∑v(t)²

系数a等效于可移动触点组件20的质量，并且在示例性实施例中，以千克为单位测量。由针对杰作断路器的实验来确定相关系数k，如下：

1.将杰作断路器设定在标准状况中。在所选的固定位置处安装振动传感器。

2.操作断路器打开和闭合。使用断路器的位移和速度测量仪器来记录可移动触点组件20的位移和速度。

3.从测量的速度计算加速度曲线，并且将加速度曲线与从振动测量的能量曲线比较。

4.选择具有在最大和最小速度曲线a(t)之间的相同间隔的点，获得在能量曲线上的对应点，并使用最小平方误差标准来计算在a(t)和E(t)之间的系数k。

值得注意的是，如由针对杰作断路器的实验所确定的，相关系数k是基于在α和E之间的示例性关系的数值。相关系数k并不限于在α和E之间的线性关系。在示例性实施例中，该关系是

或者a～k₁E+k₂E²+…

根据等式，加速度用于确定位移估计：

上面讨论的方法然后用于创建“闭合位移特性”。如在此所使用的，“闭合位移特性”是指当断路器闭合时的电极的位移由闭合速度、闭合时间以及从位移和时间导出的所选参数(诸如但不限于，在闭合点处的过冲、反弹以及瞬时速度)特征化。例如，图21示出如上所述确定的位移估计。然后该数据用于产生如在图22中示出的闭合位移特性。

在另一个示例性实施例中，部件监测系统200或位移部件监测系统201包括若干“脉冲传感器组件”420和其它传感器组件220。在该实施例中且如前面，部件监测系统200包括如以上所讨论操作的记录组件210、比较组件230以及输出组件240。也就是说，例如，如以上所讨论，脉冲传感器组件420以及其它传感器组件220与比较组件230电子通信。在该实施例中使用的其它传感器组件220包括被构造成检测间隙电压(即，在上电极和下电极之间的电压)的间隙电压传感器组件220'，该间隙电压表示断路器是处于打开位置还是闭合位置。在示例性实施例中，间隙电压传感器组件220'同样包括记时计(chronometer)。应当理解，时间保持功能可以由部件监测系统200的其它元件来执行，诸如但不限于记录组件210。

如在此所使用的，“脉冲传感器组件”420是被构造成测量应力部件特性和位移部件特性的传感器或相关联的若干传感器。应力和位移部件特性很容易被分别转换为力和运动部件特性，以及该转换可在脉冲传感器组件420内发生。同样并且如在此使用的，“脉冲传感器组件”同样可被称为测量力部件特性和运动部件特性。正如上述的传感器组件220，脉冲传感器组件420包括或被构造成耦接到电源(未示出)并与电源电通信。此外，每个脉冲传感器组件420进一步被构造成发送表示断路器部件实际部件特性的输出数据，该断路器部件实际部件特性在此被识别为“实际部件特性输出数据”(在上面讨论)。在示例性实施例中，脉冲传感器组件420输出数据是电压，或如在此所使用的“输出电压”。实际部件特性输出数据可以进一步被识别为“实际部件应力特性输出数据”或“实际部件位移特性输出数据”。此外，由于应力和位移数据被容易地转换为力和运动数据，所以实际部件特性输出数据可以被进一步识别为“实际部件力特性输出数据”或“实际部件运动特性输出数据”。可替代地，由于应力和位移数据被转换成力和运动数据，这种力和运动数据可以被识别为“计算的部件力特性输出数据”或“计算的部件运动特性输出数据”。如在前面且在示例性实施例中，实际部件特性输出数据信号具有在约0-10V DC之间、在约4-20mA之间以及在约100-1000Hz的特性或数字信号输出。

在示例性实施例中，在图1和图3中所示，脉冲传感器组件420包括处理组件232、若干应力传感器430，以及若干位移传感器440。也就是说，在示例性实施例中，脉冲传感器组件420将处理组件232与比较组件230共享；因而，如在此所使用的，脉冲传感器组件处理组件232同样可被识别为比较组件处理组件232，且反之亦然。脉冲传感器组件处理组件232被构造成接收包括实际部件应力特性输出数据或实际部件力特性输出数据、以及实际部件位移特性输出数据或实际部件运动特性输出数据的应力信号。

每个应力传感器430被构造成测量应力，并且可以是任何类型的应力传感器。在示例性实施例中，每个应力传感器430是被构造成测量拉伸力和压缩力的应变式称重负载单元(strain gauge load cell)430'，如本领域中已知的。每个应力传感器430被构造成提供包括实际部件应力特性输出数据或实际部件力特性输出数据的应力信号。

每个位移传感器440被构造成测量另一个元件移动的距离。每一个位移传感器440可以是任何类型的位移传感器。在示例性实施例中，每个位移传感器440是电阻位移传感器。每个位移传感器440被构造成提供包括实际部件位移特性输出数据或实际部件运动特性输出数据的位移信号。

在示例性实施例中，单个应力传感器430被设置在调节杆的上部31和调节杆的下部33之间的调节杆26上。在该配置中，应力传感器430被构造成确定调节杆26是被压缩还是拉伸，以及压缩力或拉伸力的大小。也就是说，如由图1上的箭头F_upper和F_lower所指示的，调节杆26受到在调节杆上部31上的力，即F_upper，以及在调节杆下部33上的力，即F_lower。F_upper可以是向上的大致垂直的力或向下的大致垂直的力。同样，F_lower可以是向上的大致垂直的力或向下的大致垂直的力。当F_upper是向下的大致垂直的力并且F_lower是向上的大致垂直的力时，调节杆26被压缩。相反，当F_upper是向上的大致垂直的力并且F_lower是向下的大致垂直的力时，调节杆26被拉伸。此外，当调节杆26处于运动中时，即在第一和第二位置之间，F_upper和F_lower两者可处于相同的方向。例如，当调节杆26从第一位置向第二位置完全移动，即不在运动的开始或结束时，F_upper和F_lower两者都是向上的大致垂直的力。此外，当调节杆26完全移动时，F_upper和F_lower通常等效地导致作用于调节杆26上的基本上可忽略的力。如下面详细讨论的，在任何运动的开始或停止时，F_upper和F_lower可以部分地由调节杆26的动量上的变化产生。

因此，如已知的，断路器组件10的元件，诸如但不限于操作机构16和可移动触点组件20在断路器组件10的操作期间在已知的配置和位置之间移动。该配置和位置包括如上所述的第一和第二位置，以及与对闭合弹簧90储能相关联的位置和配置。借助于非限制性示例，断路器组件10可通过诸如储能-闭合-储能-打开-闭合-打开的顺序移动，其中“储能”涉及闭合弹簧90，并且“打开”和“闭合”涉及操作机构16和可移动触点组件20的位置。

在该示例性实施例中，记录组件210以及在示例性实施例中数据库模块212包括表示所选标称数据的数据，在示例性实施例中该数据是“模型所选标称数据”。如在此所使用的，“模型所选标称数据”是经由“代表作断路器”的测试确定的数据。基于脉冲的诊断和预测的方法初始在代表作断路器上执行，并且用于生成模型所选标称数据。随着部件移动进入各个位置并且在诸如但不限于对闭合弹簧90储能的操作期间，模型所选标称数据包括表示与代表作断路器组件10相关联的脉冲的数据。然后对使用中的断路器组件10执行相同或基本上类似的分析，以产生实际的部件特性输出数据，并且然后计算计算的部件特性。基于脉冲的诊断的方法类似于上面描述的方法，并且包括如下步骤，即执行信号分段2000，执行特征提取2002，执行诊断和预测2004，以及提供可行动的建议2006。方法的其它步骤在上面详述。

在该示例性实施例中，比较组件230被构造成执行包括获得实际部件特性输出数据的信号分段。该过程包括获得用于包括闭合操作和打开操作的代表作断路器操作的实际部件特性输出数据。如在图23中所示，模型所选标称数据包括应力(或力)数据，位移(或运动)数据和电压数据(来自间隙电压传感器组件220)。

在该示例性实施例中，闭合/打开操作被分为九个示例性段。下表中标识了每个段、与其相关联的数据，以及可采用这种数据诊断的示例性条件。

在该示例性实施例中，模型所选标称数据包括基于以上识别的九段的“分段信号数据”。也就是说，模型所选标称数据包括分段信号数据。在示例性实施例中，每个数据段包括段持续时间属性、段电压属性、段位移属性以及段应力属性。因此，脉冲传感器组件420被构造成确定段电压特性、段位移特性以及段应力特性。如上所述，脉冲传感器组件420或比较组件230可被构造为将数据转换为计算部件特性。也就是说，在示例性实施例中，部件监测系统200同样可以使用计算的段电压特性、计算的段位移特性，以及计算的段应力特性。因此，比较组件230被构造成在每个测量周期和分段信号数据段内将段电压特性与段电压属性比较，将段位移特性与段位移属性比较，以及将段应力特性与段应力属性比较。此外，如在上面的表中所述，测量周期包括打开位置周期、闭合周期、接触冲击周期、超行程周期、闭合位置周期、打开周期、调节杆冲击周期、过渡周期以及主轴冲击周期。因此，分段信号数据段包括打开位置段、闭合段、接触冲击段、超行程段、闭合位置段、打开段、调节杆冲击段、过渡段以及主轴冲击段。

因此，在该示例性实施例中，部件监测系统200或位移部件监测系统201包括记录组件210、若干脉冲传感器组件420、比较组件230、输出组件240，该记录组件210包括用于所选断路器部件28的所选标称数据，每个脉冲传感器组件420被构造成测量若干断路器组件部件28的力和运动实际部件特性并且发送实际部件特性输出数据，该比较组件230被构造成从记录组件210和脉冲传感器组件420接收电子信号，以便将每个脉冲传感器组件实际部件特性输出数据与所选标称数据比较，并且提供当与所选标称数据比较时脉冲传感器组件输出数据是否可接受的指示，该输出组件240包括通信组件260和输出装置242，通信组件260被构造成从比较组件230接收指示信号并且向输出装置242通信信号。图24和图25示出如在示例性31.5kA真空断路器(即，不是“代表作断路器”)的使用期间收集的示例性实际部件特性输出数据(或计算的部件特性输出数据)。另外，每个脉冲传感器组件420与比较组件230电子通信，并且比较组件230与通信组件260电子通信。

在该示例性实施例中，比较组件230被构造成将脉冲传感器组件实际部件特性输出数据与所选标称数据比较，并且提供表示用于所选断路器部件的剩余使用寿命的指示的指示信号。

虽然已经详细描述了本发明的具体实施例，但本领域的技术人员将理解的是，根据本公开的总体教导可对细节进行各种修改和替代。因此，所公开的特定布置仅为了说明，而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求及其任何和所有等同物的全部广度给出。

Claims (18)

1.一种部件监测系统(200)，用于断路器组件(10)，所述断路器组件(10)包括若干部件(28)，所述断路器组件部件监测系统(200)被构造成监测断路器组件部件特性，所述系统包括：

记录组件(210)，其包括所选断路器部件的所选标称数据；

若干脉冲传感器组件(420)，每个脉冲传感器组件被构造成测量若干断路器组件部件的力和运动实际部件特性，并且发送实际部件特性输出数据；

比较组件(230)，其被构造成从所述记录组件(210)和所述脉冲传感器组件(420)接收电子信号，将所述脉冲传感器组件实际部件特性输出数据与所述所选标称数据比较，并且提供作为当与所选标称数据比较时所述脉冲传感器组件输出数据是否可接受的指示信号；

输出组件(240)，其包括通信组件(260)和输出装置(242)；

所述通信组件(260)被构造成从所述比较组件(230)接收所述指示信号，并且向所述输出装置(242)通信信号；

每个脉冲传感器组件(420)与所述比较组件(230)电子通信；以及

所述比较组件(230)与所述通信组件(260)电子通信；

其中，所述比较组件(230)包括处理组件(232)、输入/输出装置(234)以及比较模块(236)；

所述处理组件(232)被构造成执行所述比较模块(236)；以及

所述比较组件(230)被构造成将所述脉冲传感器组件(420)实际部件特性输出数据与所述所选标称数据比较，并且提供表示所选断路器部件的剩余使用寿命的指示的指示信号。

2.一种部件监测系统(200)，用于断路器组件(10)，所述断路器组件(10)包括若干部件(28)，所述断路器组件部件监测系统(200)被构造成监测断路器组件部件特性，所述系统包括：

记录组件(210)，其包括所选断路器部件的所选标称数据；

若干脉冲传感器组件(420)，每个脉冲传感器组件被构造成测量若干断路器组件部件的力和运动实际部件特性，并且发送实际部件特性输出数据；

比较组件(230)，其被构造成从所述记录组件(210)和所述脉冲传感器组件(420)接收电子信号，将所述脉冲传感器组件实际部件特性输出数据与所述所选标称数据比较，并且提供作为当与所选标称数据比较时所述脉冲传感器组件输出数据是否可接受的指示信号；

输出组件(240)，其包括通信组件(260)和输出装置(242)；

所述通信组件(260)被构造成从所述比较组件(230)接收所述指示信号，并且向所述输出装置(242)通信信号；

每个脉冲传感器组件(420)与所述比较组件(230)电子通信；以及

所述比较组件(230)与所述通信组件(260)电子通信；

其中，所述比较组件(230)被构造成将所述实际部件特性输出数据分成基本上与所述分段信号数据段对应的测量周期；

所述比较组件(230)被构造成计算包括计算的段电压特性、计算的段位移特性以及计算的段应力特性的计算部件特性；

其中所述比较组件(230)被构造成将每个所述测量周期的所述计算部件特性与对应的段信号数据段的模型所选标称数据比较；以及

其中所述比较组件(230)被构造成在每个测量周期和分段信号数据段内将所述段电压特性与所述段电压属性比较，将所述段位移特性与所述段位移属性比较，以及将所述段应力特性与所述段应力属性比较。

3.根据权利要求1或者2所述的部件监测系统(200)，其中：

每个脉冲传感器组件(420)包括处理组件(232)、若干应力传感器(430)、若干位移传感器(440)；

所述脉冲传感器组件处理组件(232)被构造成接收包括应力数据的应力信号和包括位移数据的位移信号；

每个所述应力传感器(430)被构造成提供包括应力数据的应力信号；

每个所述应力传感器(430)与所述脉冲传感器组件处理组件(232)电子通信；

每个位移传感器(440)被构造成提供包括位移数据的位移信号；

每个所述位移传感器(440)与所述脉冲传感器组件处理组件(232)电子通信；

所述脉冲传感器组件处理组件(232)被构造成将所述应力数据转换为力实际部件特性；以及

所述脉冲传感器组件处理组件(232)被构造成将所述位移数据转换为运动实际部件特性。

4.根据权利要求1或者2所述的部件监测系统(200)，其中所述所选标称数据是模型所选标称数据。

5.根据权利要求4所述的部件监测系统(200)，其中所述模型所选标称数据包括分段信号数据。

6.根据权利要求5所述的部件监测系统(200)，其中：

所述分段信号数据包括若干数据段；以及

每个数据段包括段持续时间属性、段电压属性、段位移属性以及段应力属性。

7.根据权利要求1或者2所述的部件监测系统(200)，其中

所述测量周期包括打开位置周期、闭合周期、接触冲击周期、超行程周期、闭合位置周期、打开周期、调节杆冲击周期、过渡周期以及主轴冲击周期；以及

所述分段信号数据段包括打开位置段、闭合段、接触冲击段、超行程段、闭合位置段、打开段、调节杆冲击段、过渡段以及主轴冲击段。

8.根据权利要求1或者2所述的部件监测系统(200)，其中所述比较组件(230)被构造成将每个所述数据段与所述断路器组件(10)的所选部件比较。

9.根据权利要求1或者2所述的部件监测系统(200)，其中所述断路器组件(10)包括摇臂连杆构件(70)、调节杆(26)和可移动触点组件(20)，所述摇臂连杆构件(70)包括第一端(134)，所述摇臂连杆构件(70)在第一位置和第二位置之间可移动，所述调节杆(26)包括上部(31)和下部(33)，所述摇臂连杆构件(70)被耦接到所述调节杆(26)，所述调节杆(26)被耦接到所述可移动触点组件(20)，其中：

每个脉冲传感器组件(420)包括若干应力传感器(430)、若干位移传感器(440)；

第一应力传感器(430A)被设置在所述调节杆上部(31)上；

第二应力传感器(430B)被设置在所述调节杆下部(33)上；以及

第一位移传感器与所述摇臂连杆构件第一端(134)相邻设置，所述第一位移传感器被构造成随着所述摇臂连杆构件在所述第一位置和所述第二位置之间移动而确定所述摇臂连杆构件第一端(134)的位移。

10.一种断路器组件(10)，包括：

若干部件(28)；

部件监测系统(200)，其被构造成监测断路器组件部件(28)特性，所述部件监测系统(200)包括记录组件(210)、若干脉冲传感器组件(420)、比较组件(230)以及输出组件(240)；

所述记录组件(210)包括所选断路器部件(28)的所选标称数据；

每个脉冲传感器组件(420)被构造成测量若干断路器组件部件(28)的力和运动实际部件特性，并且发送实际部件特性输出数据；

所述比较组件(230)被构造成从所述记录组件(210)和所述脉冲传感器组件(420)接收电子信号，将所述脉冲传感器组件(420)实际部件特性输出数据与所述所选标称数据比较，并且提供作为当与所选标称数据比较时所述脉冲传感器组件(420)输出数据是否可接受的指示信号；

所述输出组件(240)包括通信组件(260)和输出装置(242)；

所述通信组件(260)被构造成从所述比较组件(230)接收所述指示信号，并且向所述输出装置(242)通信信号；

每个脉冲传感器组件(420)与所述比较组件(230)电子通信；以及

所述比较组件(230)与所述通信组件(260)电子通信；其中：

所述比较组件(230)包括处理组件(232)、输入/输出装置(234)以及比较模块(236)；

所述处理组件(232)被构造成执行所述比较模块(236)；以及

所述比较组件(230)被构造成将所述脉冲传感器组件(420)实际部件特性输出数据与所述所选标称数据比较，并且提供表示所选断路器部件(28)的剩余使用寿命的指示的指示信号。

11.一种断路器组件(10)，包括：

若干部件(28)；

部件监测系统(200)，其被构造成监测断路器组件部件(28)特性，所述部件监测系统(200)包括记录组件(210)、若干脉冲传感器组件(420)、比较组件(230)以及输出组件(240)；

所述记录组件(210)包括所选断路器部件(28)的所选标称数据；

每个脉冲传感器组件(420)被构造成测量若干断路器组件部件(28)的力和运动实际部件特性，并且发送实际部件特性输出数据；

所述比较组件(230)被构造成从所述记录组件(210)和所述脉冲传感器组件(420)接收电子信号，将所述脉冲传感器组件(420)实际部件特性输出数据与所述所选标称数据比较，并且提供作为当与所选标称数据比较时所述脉冲传感器组件(420)输出数据是否可接受的指示信号；

所述输出组件(240)包括通信组件(260)和输出装置(242)；

所述通信组件(260)被构造成从所述比较组件(230)接收所述指示信号，并且向所述输出装置(242)通信信号；

每个脉冲传感器组件(420)与所述比较组件(230)电子通信；以及

所述比较组件(230)与所述通信组件(260)电子通信；其中：

所述比较组件(230)被构造成将所述实际部件特性输出数据分成基本上与所述分段信号数据段对应的测量周期；

所述比较组件(230)被构造成计算包括计算的段电压特性、计算的段位移特性以及计算的段应力特性的计算部件特性；

其中所述比较组件(230)被构造成将每个所述测量周期的所述计算部件特性与对应的分段信号数据段的模型所选标称数据比较；以及

其中所述比较组件(230)被构造成在每个测量周期和分段信号数据段内将所述段电压特性与所述段电压属性比较，将所述段位移特性与所述段位移属性比较，以及将所述段应力特性与所述段应力属性比较。

12.根据权利要求10或者11所述的断路器组件(10)，其中：

每个脉冲传感器组件(420)包括处理组件(232)、若干应力传感器(430)、若干位移传感器(440)；

所述脉冲传感器组件处理组件(232)被构造成接收包括应力数据的应力信号和包括位移数据的位移信号；

每个所述应力传感器(430)被构造成提供包括应力数据的应力信号；

每个所述应力传感器(430)与所述脉冲传感器组件处理组件(232)电子通信；

每个位移传感器(440)被构造成提供包括位移数据的位移信号；

每个所述位移传感器(440)与所述脉冲传感器组件处理组件(232)电子通信；

所述脉冲传感器组件处理组件(232)被构造成将所述应力数据转换为力实际部件特性；以及

所述脉冲传感器组件处理组件(232)被构造成将所述位移数据转换为运动实际部件特性。

13.根据权利要求10或者11所述的断路器组件(10)，其中所述所选标称数据是模型所选标称数据。

14.根据权利要求13所述的断路器组件(10)，其中所述模型所选标称数据包括分段信号数据。

15.根据权利要求14所述的断路器组件(10)，其中：

所述分段信号数据包括若干数据段；以及

每个数据段包括段持续时间属性、段电压属性、段位移属性以及段应力属性。

16.根据权利要求10或者11所述的断路器组件(10)，其中

所述测量周期包括打开位置周期、闭合周期、接触冲击周期、超行程周期、闭合位置周期、打开周期、调节杆冲击周期、过渡周期以及主轴冲击周期；以及

所述分段信号数据段包括打开位置段、闭合段、接触冲击段、超行程段、闭合位置段、打开段、调节杆冲击段、过渡段以及主轴冲击段。

17.根据权利要求10或者11所述的断路器组件(10)，其中所述比较组件(230)被构造成将每个所述数据段与所述断路器组件(10)的所选部件比较。

18.根据权利要求10或者11所述的断路器组件(10)，其中所述断路器组件包括摇臂连杆构件(70)、调节杆(26)和可移动触点组件(20)，所述摇臂连杆构件(70)包括第一端(134)，所述摇臂连杆构件(70)在第一位置和第二位置之间可移动，所述调节杆(26)包括上部(31)和下部(33)，所述摇臂连杆构件(70)被耦接到所述调节杆(26)，所述调节杆(26)被耦接到所述可移动触点组件(20)，其中：

每个脉冲传感器组件(420)包括若干应力传感器(430)、若干位移传感器(440)；

第一应力传感器(430A)被设置在所述调节杆上部(31)上；

第二应力传感器(430B)被设置在所述调节杆下部(33)上；以及

第一位移传感器与所述摇臂连杆构件第一端(134)相邻设置，所述第一位移传感器被构造成随着所述摇臂连杆构件(70)在所述第一位置和所述第二位置之间移动而确定所述摇臂连杆构件第一端(134)的位移。

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